BÀI 17. NGUYÊN TỐ NHÓM IA

MỞ ĐẦU

Pháo hoa thường được sử dụng trong các dịp lễ, Tết. Để tạo màu cho pháo hoa, người ta dùng một số muối hay oxide kim loại, trong đó có hợp chất kim loại nhóm IA như lithium carbonate tạo màu đỏ, sodium nitrate tạo màu vàng,…

Kim loại nhóm IA và hợp chất của chúng có những tính chất và ứng dụng nào?

Giải nhanh:

- Tính chất: bán kính nguyên tử lớn, cấu trúc mạng tinh thể kém đặc khít, khối lượng riêng nhỏ, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp và độ cứng tương đối thấp. Trong mỗi chu kì, chúng có tính khử mạnh nhất, mức độ phản ứng tăng dần từ Li đến Cs. 

- Trong tự nhiên, chúng tồn tại dưới dạng hợp chất. Phần lớn dễ tan trong nước, có thể nhận biết các ion kim loại bằng màu ngọn lửa. 

- Sản xuất pin lithium, nước Javel, phân kali, tế bào quang điện, đồng hồ nguyên tử,…

A. ĐƠN CHẤT

1. VỊ TRÍ, CẤU TẠO VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

Thảo luận 1: Dựa vào cấu hình electron và bán kính nguyên tử (Bảng 17.1), hãy giải thích trong các hợp chất, kim loại nhóm IA  đều thể thể hiện số oxi hoá +1.

Giải nhanh:

Vì chúng chỉ có 1 electron ở lớp ngoài cùng nên nó dễ dàng nhường 1 electron.

Thảo luận 2: Giải thích tại sao trong tự nhiên kim loại nhóm IA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất.

Giải nhanh:

Vì đây là những kim loại hoạt động rất mạnh. Trong môi trường không khí có H₂O, O₂,… các kim loại nhóm IA dễ dàng tác dụng được với các chất khí ở môi trường xung quanh nó tạo thành hợp chất.

2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Thảo luận 3: Dựa vàng Bảng 17.2, nêu xu hướng biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các kim loại nhóm IA từ Li đến Cs.

Giải nhanh:

Từ Li đến Cs, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi giảm dần.

Luyện tập: Vì sao kim loại nhóm IA có khối lượng riêng nhỏ và độ cứng thấp?

Giải nhanh:

- Vì chúng đều có mạng tinh thể lập phương tâm khối, bán kính nguyên tử lớn nên khối lượng riêng nhỏ.

- Vì các ion kim loại liên kết nhau bằng liên kết kim loại yếu nên có độ cứng thấp.

3. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Thảo luận 4: Dựa vào cấu hình electron nguyên tử và giá trị thế điện cực chuẩn, dự đoán tính chất hoá học đặc trưng của kim loại nhóm IA.

Giải nhanh:

Tính khử mạnh.

Thảo luận 5: Khi cắt mẩu sodium ở trong không khí, bề mặt vừa cắt có ánh kim lập tức mờ đi. Giải thích. Hãy dự đoán hiện tượng xảy ra khi cắt kim loại lithium, potassium trong không khí.

Giải nhanh:

- Vì sodium đã bị oxi hoá bởi O₂ và H₂O trong không khí.

- Hiện tượng: bề mặt vừa cắt có ánh kim lập tức mờ đi.

Luyện tập: Viết phương trình hoá học của các phản ứng sau (viết tên sản phẩm):

a) Li + O₂ →

b) Na + Cl₂ →

c) K + Br₂ →

Giải nhanh:

a) 4Li + O₂ → 2Li₂O. Sản phẩm: lithium oxide

b) 2Na + Cl₂ → 2NaCl. Sản phẩm: sodium chloride

c) 2K + Br₂ → 2KBr. Sản phẩm: potassium bromide

Thảo luận 6: Tại sao để bảo quản kim loại Na, K người ta ngâm chúng trong dầu hoả? Li có dùng cách này được không? Giải thích.

Giải nhanh:

- Vì Na, K có tính khử mạnh, phản ứng mạnh với nước ở điều kiện thường nhưng không phản ứng với dầu hoả.

- Không vì Li gặp dầu hoả sẽ nổi lên và bốc cháy.

Thảo luận 7: Kim loại nhóm IA hoạt động hoá học mạnh. Tại sao?

Giải nhanh:

Vì các kim loại nhóm IA đều có 1 electron ở lớp ngoài cùng nên chúng dễ dàng mất đi một electron.

B. HỢP CHẤT

1. TÍNH TAN CỦA CÁC HỢP CHẤT KIM LOẠI NHÓM IA

Thảo luận 8: Kim loại nhóm IA phản ứng dễ dàng với oxygen và nước, mức độ mãnh liệt của phản ứng tăng dần từ Li đến K. Giải thích.

Giải nhanh:

Vì tính oxi hoá tăng dần từ Li đến K.

Thảo luận 9: Quan sát thí nghiệm thử màu ngọn lửa, nêu hiện tượng quan sát được. Rút ra kết luận.

Giải nhanh:

- Li⁺: ngọn lửa màu đỏ tía.

- Na⁺: ngọn lửa màu vàng.

- K⁺: ngọn lửa màu tím nhạt.

- Kết luận: có thể nhận biết muối của kim loại nhóm IA thông qua màu ngọn lửa.

Luyện tập: Dung dịch của mỗi chất sau đều không màu: NaCl, Na₂SO₄, KCl, LiNO₃. Hãy đề xuất cách phân biệt các dung dịch trên.

Giải nhanh:

3. SODIUM CHLORIDE

4. ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH SODIUM CHLORIDE

Thảo luận 10: Sử dụng sơ đồ tư duy, trình bày các sản phẩm cơ bản của công nghiệp chlorine – kiềm và những ứng dụng quan trọng của chúng.

Giải nhanh:

Thảo luận 11: Giải thích tại sao NaHCO₃ được dùng làm bột nở.

Giải nhanh:

Vì nó có thể tạo khí CO₂ theo phương trình: 

NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O

Vận dụng: NaHCO₃ dùng để tạo bọt và tăng pH trong các loại thuốc sủi bọt. Hãy tìm hiểu và giải thích.

Giải nhanh:

Do NaHCO₃ bị thuỷ phân tạo môi trường base yếu.

PTHH: NaHCO₃ → Na⁺ +

Thảo luận 12: Vì sao phương pháp Solvay được gọi là phương pháp tuần hoàn ammonia. Nêu những ưu điểm của phương pháp.

Giải nhanh:

- Vì sản phẩm phụ NH₄Cl được chế hoá với vôi tôi để thu lại khí NH₃ và sau đó khí này cũng được đưa trở lại quá trình.

- Ưu điểm:

+ Nguyên liệu rẻ, sẵn có, dễ thực hiện

+ Cho phép dùng liên tục các khí có hại cho môi trường; bảo đảm các khí này không thoát ra môi trường, giữ môi trường sạch.

+ Chất lượng sản phẩm cao, thoả mãn nhiều nhu cầu, mục đích…

Luyện tập: Hãy vẽ sơ đồ tổng hợp Na₂CO₃ theo phương pháp Solvay.

Giải nhanh:

BÀI TẬP

Bài 1: Phương pháp điều chế NaOH trong công nghiệp là

A. cho kim loại Na tác dụng với nước.

B. cho Na₂O tác dụng với nước.

C. điện phân dung dịch NaCl bão hoà có màng ngăn.

D. điện phân dung dịch NaCl bão hoà, không có màng ngăn.

Giải nhanh:

Chọn đáp án C.

Bài 2: Viết phương trình hoá học của phản ứng khi cho potassium tác dụng với chlorine. Sản phẩm của phản ứng có tan tốt trong nước không? Tìm hiểu một số ứng dụng của nó.

Giải nhanh:

- PTHH: 2K + Cl₂→ 2KCl

- KCl là một chất tan tốt trong nước. Ứng dụng:

+ Làm phân bón, là nguyên liệu cung cấp K cho cây trồng.

+ Sản xuất thực phẩm: chất ổn định giúp bề mặt thực phẩm đồng nhất, phân tán đồng đều.

+ Y dược: bào chế thuốc và thuốc tiêm.

+ Là thành phần trong bình chữa cháy, đặc biệt là bình chữa cháy khô.

+ Trong ngành công nghiệp dầu khí, công nghiệp cao su, mạ điện,…

Bài 3: Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra trong các thí nghiệm sau:

a) Cho một mẩu kim loại sodium vào cốc nước.

b) Sục khí CO₂ vào dung dịch KOH.

c) Nhỏ dung dịch HCl vào ống nghiệm có chứa sẵn Na₂CO₃.

d) Nhỏ dung dịch HCl vào ống nghiệm có chứa sẵn KHCO₃.

e) Cho một lượng NaHCO₃ rắn vào ống nghiệm rồi đun nóng trên ngọn lửa đèn cồn.

Giải nhanh:

a) 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

b) CO₂ + 2KOH → K₂CO₃ + H₂O

c) Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂ + H₂O

d) KHCO₃ + HCl → KCl + CO₂ + H₂O

e) 2NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O